應(yīng)用型本科《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革

顧青

摘 要：《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》是應(yīng)用型本科軟件工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和程序設(shè)計(jì)能力是課程教學(xué)的核心任務(wù)。文章針對軟件工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，分析課程教學(xué)中存在的主要問題，融入計(jì)算思維能力培養(yǎng)，制定課程教學(xué)目標(biāo)，并對課程的理論課教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革探索，以提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型;面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì);計(jì)算思維;教學(xué)改革

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程以闡述面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法為中心，面向?qū)ο蠹橄笮浴⒎庋b性、繼承性和多態(tài)性于一體，已成為軟件項(xiàng)目開發(fā)中廣泛使用的編程思想與方法，更是軟件工程專業(yè)人才必須具備的一種基本素質(zhì)與能力。

在國家積極推進(jìn)地方普通本科高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下，上海電機(jī)學(xué)院（以下簡稱“我校”）的軟件工程專業(yè)在2016年成為了上海市應(yīng)用型本科試點(diǎn)專業(yè)，其人才培養(yǎng)目標(biāo)確定為：培養(yǎng)具有良好的軟件工程技術(shù)能力、人文綜合素養(yǎng)和發(fā)展?jié)摿Γ軌蛟谲浖こ碳靶畔⒓夹g(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，從事軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、開發(fā)及測試、項(xiàng)目管理與運(yùn)維的高等技術(shù)應(yīng)用型人才。

《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》是我校軟件工程專業(yè)的一門核心課程，為了提高學(xué)生運(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)的計(jì)算思維能力和實(shí)際編程能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，對課程進(jìn)行教學(xué)改革是非常必要的。

一、《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)存在的問題

在課程教學(xué)中，主要存在以下幾方面的問題：（1）在課程教學(xué)目標(biāo)中不能充分體現(xiàn)應(yīng)用型軟件工程人才的特點(diǎn)，未能突出對學(xué)生的計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。（2）在理論課教學(xué)中，缺乏對如何運(yùn)用計(jì)算思維進(jìn)行問題求解的整體教學(xué)設(shè)計(jì)。（3）在實(shí)踐教學(xué)中，針對單個(gè)章節(jié)的實(shí)驗(yàn)較多，缺少綜合性、連貫性實(shí)驗(yàn);未能進(jìn)行分層次教學(xué)，對學(xué)習(xí)困難學(xué)生關(guān)注不夠，未能有效提高學(xué)有余力學(xué)生的知識水平和創(chuàng)新能力。

二、《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

（一）融入計(jì)算思維能力培養(yǎng)，制定課程目標(biāo)

2006年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的Jeannette M. Wing 教授首次提出了計(jì)算思維的概念：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程中的面向?qū)ο笫且环N計(jì)算思維，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想和方法具有強(qiáng)大地描述復(fù)雜數(shù)據(jù)和構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)的能力。

根據(jù)我校軟件工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，制定課程目標(biāo)：（1）通過學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮木幊趟枷牒蚃ava程序設(shè)計(jì)語言，使學(xué)生能夠運(yùn)用Java語言作為一種計(jì)算思維工具，具備用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想分析、解決實(shí)際問題的軟件開發(fā)技能。（2）使學(xué)生能夠遵循編碼規(guī)范完成編碼。（3）掌握軟件開發(fā)過程中所使用的工具和方法。（4）引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

（二）理論課教學(xué)改革

在理論課教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)面向問題求解的計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，主要采用案例教學(xué)法，通過對實(shí)用案例的分析、研究及拓展，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和編程能力。

1.面向?qū)ο筇匦?/p>

計(jì)算思維內(nèi)容：面向?qū)ο筇匦圆糠职祟悺ο蟆⒊橄蟆⒎庋b、繼承、多態(tài)等知識，在進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)，一般將一個(gè)復(fù)雜問題分解成一組可以相互協(xié)作的類，將數(shù)據(jù)與對數(shù)據(jù)的操作結(jié)合在一起，抽象出一種新的數(shù)據(jù)類型。

主要案例設(shè)計(jì)：例如，當(dāng)設(shè)計(jì)銀行賬戶Account類時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣對所有用戶的賬戶信息進(jìn)行分析、抽象，可以抽取賬號、姓名、余額等數(shù)據(jù)（類的屬性），還可以抽取存錢、取錢、轉(zhuǎn)賬、查賬戶余額等行為（類的方法）。通過數(shù)據(jù)抽象和行為抽象，可以描述銀行賬戶這類對象共有的屬性和行為，用類將數(shù)據(jù)和行為封裝在一起，形成一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Account類，以此表示銀行賬戶這類事物。為了避免在類外部的程序直接修改類的屬性，將類的屬性隱藏（使用private修飾符將類的屬性聲明為私有），通過該類提供的方法實(shí)現(xiàn)對private數(shù)據(jù)的操作和訪問。這樣，一個(gè)用戶的銀行賬戶就是Account 類的一個(gè)對象，它具有accID、name、balance等屬性，還具有deposit（ ）、withdraw（ ）、transfer（ ）等方法。

案例拓展設(shè)計(jì)：例如，模擬一個(gè)銀行的1000個(gè)用戶賬戶，教師提出問題：怎么存儲這些對象數(shù)據(jù)呢？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、討論，引出并解釋當(dāng)需要存放批量數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)組是一種有效的存儲方式。要求學(xué)生在課后獨(dú)立完成以下操作：創(chuàng)建一些Account 類的數(shù)組對象、從數(shù)組中檢索對象、遍歷數(shù)組中的對象以及選擇處理數(shù)組中對象。

2.圖形用戶界面與事件驅(qū)動

計(jì)算思維內(nèi)容：這類程序，由于用戶的操作順序并未事先預(yù)知，程序的執(zhí)行過程取決于用戶在圖形界面上的操作順序（事件順序）。這部分教學(xué)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握計(jì)算思維中事件驅(qū)動的思維方式。

主要案例設(shè)計(jì)：例如，首先以用戶界面友好為設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)一個(gè)銀行ATM機(jī)的圖形用戶界面，引導(dǎo)學(xué)生思考標(biāo)簽、文本框、密碼框、按鈕等組件的界面布局，并編寫事件處理程序，使得用戶在通過圖形界面輸入數(shù)據(jù)信息或者操作界面組件時(shí)，能控制程序執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，并將執(zhí)行結(jié)果顯示在圖形界面上。用戶需要通過某種交互事件來告訴程序應(yīng)該如何操作數(shù)據(jù)（查余額、存錢、取錢、轉(zhuǎn)賬）。教師通過程序運(yùn)行演示，讓學(xué)生理解事件是程序運(yùn)行中出現(xiàn)的行為和動作的反映，當(dāng)用戶和圖形界面進(jìn)行交互通信時(shí)產(chǎn)生事件，繼而觸發(fā)事件處理程序。

（三）實(shí)踐教學(xué)改革

1.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師可以選擇將一個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行修改并分解成各個(gè)子項(xiàng)目，使之符合課程教學(xué)目標(biāo)，子項(xiàng)目的內(nèi)容對應(yīng)了課程教學(xué)中的一個(gè)階段的知識、能力要求。例如，將“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”項(xiàng)目拆分成8個(gè)實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目，通過不斷遞增式地完成子項(xiàng)目，最終可實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的項(xiàng)目。

在指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生掌握調(diào)試程序的技能、自己找到程序出錯(cuò)時(shí)的問題所在。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，記錄程序調(diào)試及運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤、分析出錯(cuò)原因、以及解決辦法，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試以不同的方式設(shè)計(jì)程序求解問題，并加以分析比較，得出結(jié)論。

2.課外實(shí)踐

為更好地開展個(gè)性化教育，創(chuàng)建課程學(xué)習(xí)QQ群，在群里發(fā)布一定量的課外編程題和微課視頻，給教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的課后互動交流提供在線學(xué)習(xí)平臺。更加關(guān)注學(xué)習(xí)困難的學(xué)生，充分利用任課教師每周一次的晚自習(xí)輔導(dǎo)時(shí)間，將這些學(xué)生召集到實(shí)驗(yàn)室，面對面地詳細(xì)了解其學(xué)習(xí)上的疑難，進(jìn)行答疑解惑，幫助學(xué)生建立起學(xué)習(xí)的自信心，使其能夠最大可能的獲得知識和技能。組織和培訓(xùn)部分學(xué)生參加軟件類的學(xué)科競賽，例如藍(lán)橋杯大賽、互聯(lián)網(wǎng)+大賽等，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語

教學(xué)改革的實(shí)踐證明，在《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課程的教學(xué)中融入計(jì)算思維的理念，學(xué)生通過一學(xué)期的理論課學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及分層次的課外編程實(shí)踐，提升了學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，取得了良好的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃季S分析問題、解決問題的計(jì)算思維能力，以及使用Java語言實(shí)施解決方案的程序設(shè)計(jì)能力，從而提高了軟件工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

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